給定一個三角形,要在上面做一個正方形使得正方形的四個頂點都在三角形的邊上,顯然必有一邊上有兩個頂點:若是鈍角三角形,此邊必然不是鈍角的鄰邊;若是直角三角形,可能選到直角頂點為正方形的一個頂點,這種情況應該非常簡單,就略過不提了;銳角三角形就可以任一邊有兩個頂點。所以以下我們將可以有兩個頂點的邊放在最下面,然後去作出這個正方形。
【已知】三角形ABC
【求作】一正方形PQRS,使其兩個頂點落在BC上,另兩個頂點分別在AB和AC上
【作法一】計算正方形的邊長
假設正方形的邊長為x
再令BC=a,高AH=h
那麼AK=AH-KH=h-x
△ARS~△ABC
所以 AK/AH=RS/BC
(h-x)/h=x/a
解得 x=ah/(a+h)
也就是(a+h):h=a:x
於是可用第四比例項作圖作出x
然後就可以在AH上取到K點
過K作AH的垂線交AB和AC於R、S
分別過R、S作BC的垂線垂足為Q、P
那麼PQRS為所求
【作法二】
由上面的比例式,改進作圖技巧可以得到以下的作法:
<1>
1. 作BC的高AH並在延長線上取AD=BC
2. 連接BD和CD
3. 過A分別作BD和CD的平行線與BC交於Q和P
4. 分別過Q和P做BC的垂線交AB、AC於R和S
5. 連接PQRS為所求
【證明】
HQ/HB=HA/HD=HP/HC=h/(a+h)
由和比性質(HQ+HP)/(HB+HC)=h/(a+h)
PQ/BC=h/(a+h)
<2>
1. 以BC為一邊往外作正方形BCDE
2. 連接AD和AE交BC於P和Q
3. 分別過Q和P做BC的垂線交AB、AC於R和S
4. 連接PQRS為所求
【證明】
QR/BE=AQ/AE=PQ/DE=AP/AD=PS/DC=AS/AC=RS/BC
BE=DE=CD=BC
故QR=PQ=PS=RS
<3>
1. 以BC為一邊往內作正方形BCDE
2. 作高AH
3. 連接HE和HD分別交AB於R和AC於S
4. 分別過R和S作BC的垂線交BC於Q和P
5. 連接PQRS為所求
【作法三】
用我們常用的技巧:放寬限制,先不要要求S在AC上
1. 先在AB上任取一點D
2. 過D作BC的垂線垂足為E
3. 以DE為邊往內作正方形DEFG
4. 連接直線BG交AC於S
5. 過S作BC的平行線交AB於R
6. 分別過S、R作BC的垂線垂足為P、Q
7. 連接PQRS為所求
【證明】
由作圖知PQRS為矩形,所以只要證明RS=PS即可
RS/DG=BS/BG=PS/FG
∵DG=FG故RS=PS